Prediction System of Hydrodynamic Circulation and Freshwater Dispersion in Mokpo Coastal Zone

목포해역의 해수유동 및 담수확산 예측시스템

In coastal region, eutrophication, Do deficit and red tide are frequently occurred by influx of fresh water. When the fresh water containing pollutants is discharged into the sea, the surrounding water is contaminated by dispersion of freshwater flowing into coastal waters. The prediction and analysis about the dispersion process of the discharged fresh water should be conducted. A modeling system using GUI was developed to simulate hydrodynamic flow and fresh water dispersion in coastal waters and to analyze the results efficiently. The modeling module of the system includes a tide model using a finite element method and a fresh water dispersion model using a particle-tracking method. This system was applied to predict the tidal currents and fresh water dispersion in Mokpo coastal zone. To verify accuracy of the hydrodynamic model, the simulation results were compared with observed sea level and time variations of tidal currents showing a good agreement. The fresh water dispersion was verified with observed salinity distribution. The dispersion model also was verified with analytic solutions with advection-diffusion problems in 1-dimensional and 2-dimensional simple domain. The system is operated on GUI environment, to ease the model handling such as inputting data and displaying results. Therefore, anyone can use the system conveniently and observe easily and accurately the simulation results by using graphic functions included in the system. This system can be used widely to decrease the environmental disaster induced by inflow of fresh water into coastal waters.

연안해역의 부영양화, 빈산수괴 형성 그리고 유해적조류 출현과 같은 수질오염은 하계 담수의 대량유입에 의해 빈번하게 발생한다. 따라서 연안해역의 수질오염 현상을 정확히 예측하기 위해서는 담수가 해수유동에 의해 이송-확산되어 해역수질 및 생태계에 미치는 영향범위에 대한 예측 및 분석기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 GUI(Graphic User Interface)를 이용하여 연안해역 해수유동과 담수 확산을 쉽게 예측하고, 그 결과를 효과적으로 검토할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 3차원 유한요소모형을 사용하여 조석에 의한 해수유동을 계산하였고, 담수 확산 계산에는 통계학적인 개념을 이용하여 담수 입자의 운동을 묘사하는 2차원 Random-Walk 모형을 사용하였다. 개발된 시스템을 이용하여 목포해역의 2차원 조류 분포와 담수 확산을 모의하였다. 사용한 입자추적모형의 검증을 위해 다른 이송확산 수치해석 방법에 의한 결과 및 1, 2차원 해석해와 비교하였다. 본 연구에서 개발한 예측시스템은 GUI 환경에서 작동되므로 누구나 쉽게 자료의 입력 및 수정이 가능하며, 계산된 모형결과를 그래픽을 이용해 효과적으로 가시화 하여 계산결과를 누구나 쉽고 정확하게 볼 수 있다. 따라서 본 시스템을 이용하여 연안해역으로 유입되는 담수의 확산 범위를 수시로 예측하여 신속하게 대책을 수립한다면, 오염된 담수유입으로 인한 인근해역의 환경피해를 줄일 수 있을 것이다.